[0001] Verfahren zur Regelung oder Steuerung des Flusses einer zähen Flüssigkeit, die von
einer Maschine selbstätig als Naht aufgetragen wird.
[0002] Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Regelung oder Steuerung des
Flusses einer zähen Flüssigkeit gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.
[0003] In der Industrie werden Automaten, insbesondere Roboter unter anderem dafür eingesetzt,
auf vorgegebenen Bahnen selbstätig eine Naht aus einer zähen Flüssigkeit aufzutragen.
Bei der zähen Flüssigkeit kann es sich beispielsweise um einen Kleber, eine Dichtungsmasse
oder eine Kunststoffmasse handeln. Ein konkretes Beispiel stellt das von einem gesteuerten
Roboter ausgeführte Auftragen eines Klebers längs einer bestimmten Bahn auf einem
Werkstück dar. Dieser Vorgang kommt beispielsweise in der Autoindustrie vor beim Auftragen
eines Klebers oder einer Dichtungsmasse auf der Innenseite des Außenbleches von Autotüren,
auf die anschließend das Innenblech der Tür aufgeklebt wird.
[0004] Ein Problem bei dieser Technik besteht darin, sicherzustellen, daß die aufgetragene
Naht tatsächlich die gewünschte Dicke hat, d.h. pro Längeneinheit der Bahn eine gewünschte
Menge der zähen Flüssigkeit aufgetragen wird. Die pro Zeiteinheit ausgespritzte oder
aufgetragene Menge wird Fluß genannt. Der aus der Auftragevorrichtung austretende
Fluß muß also in einem bestimmten Verhältnis zu der sich innerhalb eines Arbeitszyklus
häufig ändernden Bahngeschwindigkeit des Roboters stehen.
[0005] Zur Durchführung des vorgenannten Verfahrens ist es bekannt, die vom Roboterarm geführte
Auftragevorrichtung über einen flexiblen Schlauch mit der zähen Flüssigkeit zu versorgen,
wobei der Schlauch an einen mit der zähen Flüssigkeit gefüllten Zylinder angeschlossen
ist, dessen Kolben mit konstanter Kraft die Flüssigkeit aus dem Zylinder herausdrückt.
Durch Einstellung dieser Kraft kann der Flüssigkeitsfluß verändert werden. Bei diesem
bekannten Verfahren kann der Flüssigkeitsfluß jedoch infolge unterschiedlicher Viskosität,
die sich mit der Temperatur ändert, sowie durch Verschleiß an der Düsenöffnung der
Auftragevorrichtung von dem gewünschten Wert abweichen.
[0006] Ferner ist es bereits bekannt, zur Einstellung der Dicke der Flüssigkeitsnaht den
Antrieb des Kolbens in dem vorgenannten Zylinder so auszubilden, daß der Kolben unabhängig
vom zu überwindenden Widerstand mit einer einstellbaren konstanten Geschwindigkeit
arbeitet. Die Auftragevorrichtung arbeitet bei diesem Verfahren mit konstanter Düsenöffnung.
Eine Kontrolle, ob die aufgetragene Menge pro Zeiteinheit dem gewünschten Wert entspricht,
findet nicht statt. Eine Verstellung ist nur durch Veränderung der Geschwindigkeit
des Kolbens möglich, und diese Verstellung ist mit einer großen Zeitkonstanten behaftet.
Beim Übergang von einem Takt zum nächtsten innerhalb eines Arbeitszyklus wird häufig
die Geschwindigkeit und/oder die pro Längeneinheit aufzutragende Menge der zähen Flüssigkeit
geändert, so daß in diesen Zeitpunkten der Flüssigkeitsfluß geändert werden muß. Hierbei
erweist sich die hohe Viskosität und damit die Trägheit des Klebers als nachteilig.
Für den Übergang von einem zum näch- sten Bahnabschnitt steht nur eine sehr kurze/zur
Verfugung, und innerhalb dieser Zeit muß die erforderliche Flußänderung durchgeführt
werden. Außerdem machen sich bei diesem Verfahren die Druckänderungen in der zähen
Flüssigkeit störend be merkbar, und zwar einerseits deshalb, weil die zähe Flüssigkeit
eine spürbare Kompressibilität aufweist, und andererseits deshalb, weil die Zuführungsschläuche
bei den hohen Betriebsdrücken von 100 bis 200 bar expandieren und bei Druckentlastung
sich zusammenziehen. Dadurch entstehen in Form transienter Vorgänge Schwankungen in
der pro Längeneinheit aufgetragenen zähen Flüssigkeit. Der letztgenannte Effekt könnte
zwar durch Anbringung der Kolben-Zylinderanordnung auf der Roboterhand weitgehend
vermindert werden, jedoch würde dann das Gewicht des für schnelle Bewegungen bestimmten
Roboterarms erheblich vergrößert werden, was wiederum die Auftragegeschwindigkeit
nachteilig beeinflussen würde.
[0007] Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren der eingangs genannten Art
zu entwickeln, bei welchem der aus der Auftragevorrichtung austretende Flüssigkeitsfluß
unabhängig von der Viskosität der Flüssigkeit und vom Abnutzungszustand der Düse der
Auftragevorrichtung ist und bei welchem bei einer Änderung der Bahngeschwindigkeit
oder der pro Längeneinheit der Bahn aufzutragenden Flüssigkeitsmenge die Auftragevorrichtung
sehr schnell anspricht.
[0008] Zur Lösung dieser Aufgabe wird ein Verfahren gemäß dem Oberbegriff des Anspruches
1 vorgeschlagen, welches erfindungsgemäß die im kennzeichnenden Teil des Anspruches
1 genannten Merkmale hat.
[0009] Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den weiteren Ansprüchen genannt.
[0010] Anhand des in der Figur gezeigten Ausführungsbeispiels soll die Erfindung näher erläutert
werden. Die Figur zeigt den prinzipiellen Aufbau einer Anordnung, die nach dem Verfahren
gemäß der Erfindung arbeitet.
[0011] Mit 6 ist der Arm eines im übrigen nicht dargestellten Roboters bezeichnet, an dessen
freies Ende mittels eines Greifwerkzeuges eine Auftragevorrichtung 3, zum Beispiel
eine Spritzpistole, eingespannt ist. Der Roboter führt die Auftragevorrichtung 3 mit
einer bestimmten Geschwindigkeit längs einer Bahn nahe an der Oberfläche eines Werkstückes
2, auf welcher eine Klebernaht aufgetragen werden soll. Die Auftragevorrichtung 3
ist über einen flexiblen Schlauch 4 an einen Zylinder 7 angeschlossen, in welchem
sich heißer oder kalter Kleber befindet, der zu Beginn eines Arbeitszyklus über eine
Leitung 15 und ein Ventil 13 mittels einer Pumpe 14, eingefüllt wird. Im Zylinder
7 ist ein Kolben 9 angeordnet, dessen Antrieb 10 so ausgelegt ist, daß er den Kolben
mit einem einstellbaren konstanten Druck gegen den Kleber verschiebt.
[0012] Die vom Roboter durchlaufene Bahn ist in einzelne Bahnabschnitte unterteilt, wobei
diese Bahnabschnitte gerade oder gekrümmte Abschnitte sein können. Die Zeit zum Durchlaufen
eines Bahnabschnittes wird Takt genannt. Das Durchlaufen der gesamten Bahn stellt
einen Arbeitszyklus dar. An den Enden der Bahnabschnitte findet häufig eine Richtungsänderung
statt. Der Roboter durchfährt die Bahn in der Regel mit seiner maximal möglichen Geschwindigkeit.
Diese ist für gekrümmte Bahnabschnitte in der Regel kleiner als für gerade.
[0013] Die Auftragevorrichtung hat eine Düsenöffnung, deren Durchschnittsquerschnitt mittels
einer nicht dargestellten Verstellvorrichtung verändert werden kann. Diese Verstellmöglichkeit
dient als Stellglied für die Regelung des Flüssigkeitsflusses. Die Verstellung erfolgt
beispielsweise durch Drehung oder translatorische Verschiebung einer Kolbenstange,
und durch Messung der Stellung dieser Kolbenstange erhält man einen Wert für die Größe
der Düsenöffnung, der als Istwert f i für den Fluß verwendet wird. In der Figur ist
dieses Meßglied nur symbolisch an der Stelle 31 angedeutet. In einem Vergleichglied
32 wird der Flußistwert f
i mit einem Flußsollwert f
s verglichen und die Regelabweichung Δf beaufschlagt einen Regler 33, der ein in der
Auftragevorrichtung vorhandenes Verstellglied, das symbolisch mit 34 angedeutet ist,
steuert.
[0014] Der Sollwert f für den Fluß setzt sich zusammen aus einem s Grundsollwert f sg und
einem Korrektursollwert K, der im Summierungsglied 18 algebraisch zu dem Grundsollwert
addiert wird. Der Grundsollwert geht von einer bestimmten Viskosität der Flüssigkeit
und einem bestimmten Zusammenhang zwischen der Düsenöffnung und dem Stellglied 34
für die Düsenöffnung der Auftragevorrichtung aus. Durch den Korrektursollwert K werden
Viskositätsänderungen sowie durch Abnutzung bedingte Veränderungen der Düsenöffnung
bei gegebener Stellung des Stellgliedes erfaßt und kompensiert. Zu diesem Zweck werden
mittels eines symbolisch dargestellten Wegmessers 16 die Teilwege x
i gemessen, die der Kolben 9 im Zylinder 5 während des Durchlaufens der einzelnen Takte
eines Arbeitszyklus des Roboters zurücklegt. Diese Werte x
i werden in einem Summierungsglied 19 von entsprechenden Sollwerten für die pro Takt
aufzutragende Menge der zähen Flüssigkeit subtrahiert. Diese Sollwerte kommen von
einem Sollwertgeber 20, der in der Figur für einen Arbeitszyklus aus n Takten symbolisch
angedeutet ist. Die Differenzwerte x
s - x
i für die einzelnen Takte bilden die Korrekturwerte für den Sollwert. Sie werden während
des gerade in Ausführung begriffenen Arbeitszyklus in einem Speicher 21 gespeichert.
Im darauffolgenden Arbeitszyklus werden die im vorangegangenen Arbeitszyklus gewonnenen
Korrektursollwerte zu dem Grundsollwert f
sg algebraisch addiert. Auch dieser Grundsollwert kann grundsätzlich für die einzelnen
Takte des Arbeitszyklus unterschiedliche Werte haben, was beispielsweise dann der
Fall ist, wenn beim Übergang von einem Takt zum nächsten Takt sich die Bahngeschwindigkeit
ändert, die aufzutragende Nahtdicke aber konstant bleiben soll.
[0015] Für den Fall, daß das Stellglied 34 an die obere Grenze seines Verstellbereiches
stößt (maximale Öffnung der Düse), ohne daß der Flußistwert den Flußsollwert erreicht,
kann der von der Antriebsanordnung 10 auf den Kolben 9 ausgeübte Druck erhöht werden.
Zu diesem Zweck wird das Signal Δ f, zweckmäßigerweise über ein nicht dargestelltes
Schwellwertglied, über die Signalleitung 36 auf den Antrieb 10 des Kolbens zur Einwirkung
gebracht.
[0016] Wie bereits festgestellt wurde, ist eine Verstellung der Düsenöffnung beispielsweise
auch dann erforderlich, wenn die Dicke der Naht beim Übergang von einem Bahnabschnitt
(Takt) zum nächsten Bahnabschnitt verändert werden soll. Die für diese Verstellung
verfügbare Zeit ist außerordentlich gering, da der Verweilzustand des Roboters bei
diesem Übergang sehr kurz ist. Sie liegt beispielsweise bei etwa 20 ms. Um die hierfür
erforderliche sehr schnelle Verstellung der Düsenöffnung sicher zu stellen, kann die
Verstellung der Düsenöffnung mittels eines elektrischen Antriebs erfolgen, der mit
getaktetem Gleichstrom betrieben wird, wobei kurzfristig mit einer Überspannung gearbeitet
wird.
[0017] Das Verfahren nach der Erfindung ist auch sinnvoll, wenn der Flüssigkeitsfluß nicht
geregelt, sondern nur gesteuert wird, also eine Erfassung des Istwertes f
i nicht stattfindet.
1. Verfahren zur Regelung oder Steuerung des Flusses einer zähen Flüssigkeit, die
während eines Arbeitszyklus von einer von einem Roboter geführten, mit einer Düse
versehenen Auftragevorrichtung-(3) als Naht (1) auf einen Körper (2) aufgetragen wird,
wobei die zähe Flüssigkeit der Auftragevorrichtung aus einem Zylinder (7) fortlaufend
zugeführt wird, in welchem ein von einer Antriebsvorrichtung (10) verschiebbarer Kolben
(9) einen konstanten Druck auf die Flüssigkeit ausübt, dadurch gekennzeichnet, daß
der ein Maß für die Flußmenge bildende Weg (x.) gemessen wird, den der Kolben (9)
in der Zeit zurücklegt, in der der Roboter eine bestimmte Bahnstrecke (n) durchläuft,
daß der Meßwert (x.) für den Kolbenweg mit einem Sollwert (x ) für den Kolbenweg verglichen
wird und daß der Differenzwert (xs - xi) gespeichert wird und beim Durchlaufen der Bahnstrecke (n) während des folgenden
Arbeitszyklus als Korrektursollwert (K) algebraisch zu einem Grundsollwert (fsg) für eine Regelung oder eine Steuerung der Düsenöffnung der Auftragevorrichtung (3)
addiert wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellung der Düsenöffnung
der Auftragevorrichtung durch einen elektrischen Antrieb erfolgt.
3. Verfahren nach nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
daß bei maximaler Öffnung der Austrittsdüse der Auftragevorrichtung der auf den Kolben
9 der Kolben-Zylinderanordnung (9,7) ausgeübte Druck in Abhängigkeit des Sollwertes
oder der Regelabweichung für den Fluß verstellt wird.